Técnicas de ingeniería genética: ADN recombinante, transgénesis y CRISPR
Objetivo. Describir cómo se obtiene ADN recombinante. Distinguir un organismo transgénico de uno editado con CRISPR. Elegir la técnica que usa un producto biotecnológico.
para partir
El Premio Nobel de Química 2020 se otorgó a Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna por desarrollar CRISPR-Cas9, un método para editar el genoma con alta precisión. ¿Cómo se corta y se cambia un gen específico entre los miles que tiene una célula?
Las tres técnicas que pueden usar las empresas de BioTank, y cómo explicar la suya en el pitch.
Sondeo — Un tomate transgénico tiene genes y un tomate común no tiene genes.
Sondeo — Si una bacteria recibe el gen humano de la insulina, puede fabricar insulina humana.
Del gen al producto
Un gen es un segmento de ADN con la información para fabricar una proteína, y esa proteína produce una característica: la insulina regula la glucosa, una enzima degrada plástico, una toxina mata insectos. La ingeniería genética es el conjunto de técnicas que modifican el ADN de un organismo para que fabrique una proteína nueva o deje de fabricar una.
| Lo que se busca | Lo que se hace con el gen |
|---|---|
| Que un organismo fabrique algo nuevo | Se le agrega un gen |
| Que deje de fabricar algo dañino | Se desactiva un gen propio |
| Que fabrique bien algo que fabrica mal | Se corrige un gen propio |
ADN recombinante
El ADN recombinante es ADN formado por segmentos de dos orígenes distintos. Se obtiene así:
- Se aísla el gen de interés, por ejemplo el gen humano de la insulina.
- Una enzima de restricción corta el gen y un plásmido bacteriano (un ADN circular pequeño) en una secuencia específica, dejando extremos que calzan entre sí.
- La ADN ligasa une el gen dentro del plásmido.
- El plásmido recombinante se introduce en una bacteria.
- La bacteria se multiplica y cada copia fabrica la proteína, que después se purifica.
Las bacterias copian sus plásmidos al dividirse y los traspasan entre ellas. Un gen insertado en un plásmido se multiplica junto con la bacteria, así que un cultivo de millones de bacterias fabrica la proteína en grandes cantidades.
Una empresa quiere que una levadura fabrique la enzima PETasa, que degrada plástico. ¿Cuál es el orden correcto de los pasos?
Transgénesis y edición con CRISPR
Un organismo transgénico lleva en todas sus células un gen de otra especie, insertado de forma estable y heredable. El maíz Bt, por ejemplo, tiene un gen de la bacteria Bacillus thuringiensis que produce una proteína tóxica para algunos insectos.
CRISPR-Cas9 edita los genes propios del organismo:
- Un ARN guía se une a la secuencia de ADN complementaria, la del gen elegido.
- La enzima Cas9 corta el ADN en ese punto.
- La célula repara el corte. Al repararlo puede desactivar el gen, o incorporar una versión corregida que se le entrega.
Es común pensar que todo organismo editado con CRISPR es transgénico. Eso es incorrecto, porque una edición que solo desactiva o corrige un gen propio no agrega ADN de otra especie.
Empareja cada producto con la técnica que lo hace posible:
Toca un término y luego su definición para emparejarlos.
Completa la comparación entre las técnicas.
En el ADN recombinante, la enzima de corta el ADN y la lo une. Un organismo transgénico recibe un gen de especie. En CRISPR, el ARN encuentra la secuencia y la enzima corta el ADN.
Riesgos y bioética
Todo producto de ingeniería genética se evalúa también por sus riesgos. Los que más se discuten son:
| Pregunta | Ejemplo |
|---|---|
| ¿Puede el gen pasar a otras especies? | Polen de un cultivo transgénico que fecunda plantas silvestres |
| ¿Tiene efectos no buscados? | Un corte de CRISPR en un sitio distinto del elegido |
| ¿Quién accede al producto? | Una terapia génica de costo muy alto |
| ¿Dónde está el límite? | Editar embriones humanos, cuyos cambios se heredan |
Un pitch que presenta un riesgo concreto de su propio invento y cómo lo controlaría muestra más dominio que uno que afirma que el invento no tiene riesgos.
Una empresa propone un salmón resistente al piojo de mar desactivando un gen propio del salmón con CRISPR. Un inversionista dice: «Entonces es un salmón transgénico». ¿Qué responde correctamente la empresa?
Repaso — Si una mutación cambia la secuencia de un gen, ¿qué puede cambiar en el organismo?
PARA TU EMPRESA · Escribe en cuatro pasos cómo funciona el invento de tu grupo: (1) qué organismo se modifica, (2) qué gen se agrega, desactiva o corrige y de dónde viene, (3) con qué técnica y qué enzimas participan, (4) qué proteína o característica nueva produce y cómo eso resuelve el problema. Agrega un riesgo concreto y cómo lo controlarían.
síntesis
Para cerrar
Un gen específico se encuentra y se corta porque las enzimas reconocen secuencias de ADN: las enzimas de restricción cortan en secuencias fijas y Cas9 corta donde la lleva el ARN guía, que se diseña complementario al gen elegido. Con esos cortes se agrega un gen de otra especie, se desactiva un gen propio o se corrige, y eso es lo que tiene que explicar cada empresa en su pitch.
Piensa sobre tu aprendizaje
- ¿Qué técnica usa tu empresa y qué enzima hace el corte?
- ¿En qué se diferencia un organismo transgénico de uno editado con CRISPR?
- ¿Qué pregunta de un inversionista sobre la ciencia de tu invento todavía no sabrías responder?
referencias
Bibliografía
- 01The Royal Swedish Academy of Sciences (2020). The Nobel Prize in Chemistry 2020. Press release.
- 02Clark, M., Douglas, M. & Choi, J. (2018). Biology 2e, cap. 17 Biotechnology and Genomics. OpenStax. https://openstax.org/books/biology-2e/pages/17-1-biotechnology
- 03Ministerio de Educación de Chile (2019). Biología · Programa de estudio 2° medio.